關(guān)于三種無線局域網(wǎng)的定位技術(shù)

在萬物互聯(lián)的大背景下，位置信息的獲取和應(yīng)用在項(xiàng)目落地中越來越重要。相對(duì)于室外定位，室內(nèi)定位的工作環(huán)境更為復(fù)雜、精細(xì)，其技術(shù)更是多種多樣。一般情況下，我們根據(jù)技術(shù)原理和使用信號(hào)源的不同，可以將室內(nèi)定位技術(shù)分為以下這些：

按定位原理劃分：ID 定位、區(qū)間定位、三邊定位、信號(hào)到達(dá)角定位、指紋定位、慣性推算等；按定位所使用的信號(hào)源劃分：Wi-Fi定位、ZigBee定位、藍(lán)牙定位、UWB定位、RFID定位、衛(wèi)星定位、低頻觸發(fā)定位、基站定位、聲波定位、光定位、地磁定位等。未來，室內(nèi)定位技術(shù)將席卷我們生產(chǎn)、生活的方方面面，例如：智慧工廠人員及貨物管理與調(diào)度、 生產(chǎn)安全管理、地下停車場(chǎng)尋車導(dǎo)航、智慧大樓人員/訪客定位管理、 會(huì)展位置導(dǎo)航等。

Wi-Fi定位，2010年前后，開始在基于定位標(biāo)簽的人員監(jiān)控行業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用起來，2013年，基于手機(jī)的Wi-Fi探測(cè)等應(yīng)用也隨之嶄露頭角。目前，Wi-Fi定位是比較流行的一種室內(nèi)定位技術(shù)，其定位方法是基于信號(hào)強(qiáng)度的傳播模型法和指紋識(shí)別法。

信號(hào)強(qiáng)度的傳播模型法，是指使用當(dāng)前環(huán)境下假設(shè)的某種信道衰落模型，根據(jù)其數(shù)學(xué)關(guān)系估計(jì)終端與已知位置AP間的距離，如果用戶聽到多個(gè)AP信號(hào)，就可以通過三邊定位算法來獲得用戶的位置信息；指紋識(shí)別法，則是基于Wi-Fi信號(hào)的傳播特點(diǎn)，將多個(gè)AP的檢測(cè)數(shù)據(jù)組合成指紋信息，通過與參考數(shù)據(jù)對(duì)比來估計(jì)移動(dòng)物體可能的位置。

在定位精度為米級(jí)的一些場(chǎng)景，可利用Wi-Fi進(jìn)行覆蓋，該技術(shù)適用于對(duì)人/車的定位導(dǎo)航，醫(yī)療機(jī)構(gòu)、商場(chǎng)、主題公園等場(chǎng)景。2014年左右，基于藍(lán)牙的定位技術(shù)開始在監(jiān)控定位領(lǐng)域被應(yīng)用。2017年7月，藍(lán)牙m(xù)esh正式推出，在一年半的時(shí)間里，已經(jīng)有超過105種具有藍(lán)牙m(xù)esh網(wǎng)絡(luò)功能的產(chǎn)品獲得認(rèn)證，其中包含芯片、協(xié)議棧、模組及終端產(chǎn)品供應(yīng)商等。

為了滿足位置服務(wù)市場(chǎng)不斷增長(zhǎng)的需求，全新藍(lán)牙5.1標(biāo)準(zhǔn)新增了尋向功能，可幫助設(shè)備明確藍(lán)牙信號(hào)的方向，進(jìn)而幫助開發(fā)者解讀設(shè)備方向的藍(lán)牙接近（proximity）解決方案，實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)位置精度的藍(lán)牙定位系統(tǒng)。

基于位置的藍(lán)牙服務(wù)解決方案通常分為兩類：接近類解決方案和定位系統(tǒng)。無論是實(shí)時(shí)定位，還是室內(nèi)定位，原理都是類似的，即在數(shù)據(jù)包傳輸中加入RSSI（接收信號(hào)強(qiáng)度）機(jī)制，通過RSSI來虛擬出產(chǎn)品的大致范圍，再通過三邊測(cè)量法，實(shí)現(xiàn)相互交集的測(cè)量算法，最終完成室內(nèi)定位。

藍(lán)牙定位，只要設(shè)備的藍(lán)牙功能開啟，就能夠?qū)ζ溥M(jìn)行定位。藍(lán)牙傳輸不受視距的影響，但對(duì)于復(fù)雜的空間環(huán)境，藍(lán)牙系統(tǒng)的穩(wěn)定性稍差，受噪聲信號(hào)干擾大，且藍(lán)牙器件和設(shè)備的價(jià)格比較貴。根據(jù)《2019藍(lán)牙市場(chǎng)最新資訊》顯示，位置服務(wù)已成為增長(zhǎng)最快的藍(lán)牙解決方案，預(yù)計(jì)未來五年其年復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)到43%。

藍(lán)牙定位主要用于對(duì)人的小范圍定位，例如單層大廳或商店，現(xiàn)在已經(jīng)被某些廠商開始用于LBS推廣。近年來，隨著UWB芯片方案的成熟和成本的下降，國(guó)內(nèi)研究UWB定位技術(shù)的公司不斷涌現(xiàn)。UWB是一種傳輸速率高(最高可達(dá)1000Mbps以上)，發(fā)射功率較低，穿透能力較強(qiáng)的無線定位技術(shù)。

UWB定位是由多個(gè)傳感器采用TDOA（Time Difference of Arrival，到達(dá)時(shí)間差）和AOA定位算法對(duì)標(biāo)簽位置進(jìn)行分析，具有多徑分辨能力、精度高、定位精度可達(dá)厘米級(jí)等特點(diǎn)。

TDOA是一種利用到達(dá)時(shí)間差進(jìn)行定位的方法又稱為雙曲線定位。標(biāo)簽卡對(duì)外發(fā)送一次UWB信號(hào)，在標(biāo)簽無線覆蓋范圍內(nèi)的所有基站都會(huì)收到無線信號(hào)。如果有兩個(gè)已知坐標(biāo)點(diǎn)的基站收到信號(hào)，標(biāo)簽距離兩個(gè)基站的間隔不同，那么這兩個(gè)基站收到信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)是不一樣的。

基于信號(hào)時(shí)間的定位系統(tǒng)，例如UWB，一旦遇到墻體遮擋的情況就需要重新部署。同等面積，房間數(shù)量增加一倍，基站用量也將增加一倍，其在空曠場(chǎng)景基站更易部署。目前使用UWB定位技術(shù)的行業(yè)是隧道、化工廠、監(jiān)獄、醫(yī)院、養(yǎng)老院、礦井等行業(yè)。

上述幾種基于無線局域網(wǎng)的定位技術(shù)，其中，超寬帶的定位系統(tǒng)，定位精度一般可達(dá)厘米級(jí)，但這樣的定位應(yīng)用范圍較小，需對(duì)網(wǎng)絡(luò)重新進(jìn)行部署，并且使用者需要使用專用的信號(hào)測(cè)量設(shè)備，實(shí)現(xiàn)成本較高；其他定位方式的精度雖然稍差，同時(shí)成本也較低，一般使用信號(hào)強(qiáng)度作為參考。

這幾種無線局域網(wǎng)一般應(yīng)用于室內(nèi)場(chǎng)景，受到室內(nèi)環(huán)境的復(fù)雜影響，信號(hào)接收強(qiáng)度會(huì)容易波動(dòng)，僅使用信號(hào)強(qiáng)度很難實(shí)現(xiàn)精確定位。因此，根據(jù)測(cè)量參數(shù)的不同，還可以使用基于接收信號(hào)到達(dá)時(shí)間法和基于接收信號(hào)到達(dá)角度的方法實(shí)現(xiàn)定位。

Wi-Fi、藍(lán)牙和UWB這三種技術(shù)，就定位精度來講，UWB可達(dá)厘米級(jí)的定位，藍(lán)牙為厘米到米級(jí)，而Wi-Fi僅為米級(jí)的精度；就抗多徑和抗干擾方面，UWB明顯好于其他兩者；就傳輸距離來看，Wi-Fi是最遠(yuǎn)的，UWB次之，藍(lán)牙傳輸距離最近；此外，在建設(shè)成本方面，UWB的成本要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于Wi-Fi和藍(lán)牙。

無線局域網(wǎng)定位主要應(yīng)用于室內(nèi)定位，根據(jù)信號(hào)的特點(diǎn)以及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)不同，其定位精度可從厘米級(jí)到米級(jí)。不同的場(chǎng)景，我們?cè)谶x擇具體的定位技術(shù)時(shí)，不光要考慮精度性能，還得考慮成本和功耗。因此，盡管UWB精度最高，但是其他的定位技術(shù)也各有自己的市場(chǎng)。